烧制堇青石体的方法_4

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方式中,当生坯体加热到高烧制温度时,表皮部分和芯体部分之间的温差小 于约70°C。在其他实施方式中,当生坯体被加热到高烧制温度时,表皮部分和芯体部分之间 的温差小于约50°C。在其他实施方式中,当生坯体被加热到高烧制温度时,表皮部分和芯体 部分之间的温差小于约40°C。
[0090] 在一些实施方式中,足以从芯体部分基本上去除有机材料含量和从粘土去除化学 结合的水的时间段小于约17小时。在其它实施方式中,足以基本上去除有机材料含量和从 粘土去除化学结合的水的时间段小于约14小时。于从粘土基本上去除化学结合的水之前, 从芯体部分降低或基本上去除有机材料含量。
[0091] 把生坯体从室温加热到高烧制温度(225)的时间(220)总量可为约40小时-约70小 时。在其他实施方式中,把生坯体加热到高烧制温度(225)的时间(220)总量可为约47小时-约65小时。在其他实施方式中,把生坯体加热到高烧制温度(225)的时间(220)总量可为约 55小时-约65小时。
[0092] 把生坯体加热到高烧制温度之后,还可在足以形成堇青石体的时间段(235)中把 生坯体加热到保温(soak)温度(230)。保温温度小于堇青石熔点(约1450°C)。保温升温速率 可为约50°C/小时-约100°C/小时。在一些实施方式中,保温升温速率可为约50°C/小时-约 75°C/小时。可将生坯体在保温温度下保持约6小时-约20小时的时间段(240)来烧制体,并 因此通过把体中的形成堇青石的原材料转化成堇青石来形成堇青石体。时间段(240)的实 际长度可取决于体的尺寸。随后,可在时间段(245)中将堇青石体冷却到室温。在一些实施 方式中,总烧制时间(250)长度可为约90小时-约150小时。在其它实施方式中,烧制时间 (250)总量可为约100小时-约140小时。基本上降低的总烧制时间可通过缩短的用于制备无 裂纹的堇青石陶瓷体的烧制时间来提供高的制备效率。
[0093]基于上述,应理解批露了用于把生坯体烧制成堇青石陶瓷体且不断裂该体的各种 方法。在第一示例实施方式中,所述方法可包括提供包括形成堇青石的原材料和有机材料 的生坯体,该体具有芯体部分和表皮部分,预热该生坯体到小于有机材料的热分解温度的 预热温度,将生坯体在预热温度下保持足以使芯体部分和表皮部分之间的温差小于约50°C 的时间段,在包括第一氧浓度的烧制气氛和足以降低有机材料含量和从水合氧化铝基本上 去除化学结合的水的时间段中以第一平均升温速率把生坯体从预热温度加热到低烧制温 度,以及在包括大于第一氧浓度的第二氧浓度的烧制气氛和足以降低有机材料含量的时间 段中以第二平均升温速率把生坯体从低烧制温度加热到高烧制温度,其中于从粘土去除化 学结合的水之前基本上去除有机材料含量。
[0094] 在第二示例实施方式中,所述方法可包括提供包括形成堇青石的原材料和大于或 等于约10重量%有机材料的生坯体,该生坯体具有被表皮部分环绕的芯体部分,以约6°C/ 小时-约50°C/小时的预热平均升温速率把生坯体预热到预热温度,其中预热温度小于有机 材料的热分解温度不超过70°C,把生坯体在预热温度下保持约2小时-约8小时的时间段从 而芯体部分和表皮部分之间的温差被最小化,在包括约9重量%-约15重量%氧的烧制气氛 中以第一平均升温速率把生坯体从预热温度加热到低烧制温度,其中该低烧制温度是约 270°C_约320°C,和第一平均升温速率是等于或小于约7°C/小时,以及在包括约12重量%-约18重量%氧的烧制气氛中以第二平均升温速率把生坯体从低烧制温度加热到高烧制温 度,其中所述高烧制温度是约500°C_约700°C,和第二平均升温速率是约7°C/小时-约40°C/ 小时以降低有机材料含量,其中于从粘土去除化学结合的水之前基本上去除有机材料含 量。
[0095] 在第三示例实施方式中,所述方法可包括提供包括形成堇青石的原材料和大于或 等于约10重量%有机材料的生坯体,该生坯体具有被表皮部分环绕的芯体部分,在小于约7 小时的时间段中把生坯体预热到预热温度,其中该预热温度小于有机材料的热分解温度不 超过70°C,将生坯体在预热温度下保持约2小时-约8小时的时间段从而芯体部分和表皮部 分之间的温差是最小化的,在一定时间段和在包括约9 % -约15 %氧的烧制气氛中把生坯体 从预热温度加热到低烧制温度,其中所述低烧制温度是约270°C_约320°C,和所述时间段小 于约40小时,以及在一定时间段和在包括约12 % -约18 %氧的烧制气氛中把生坯体从低烧 制温度加热到高烧制温度,该烧制气氛足以于在从粘土去除化学结合的水之前基本上降低 有机材料的含量,其中所述高烧制温度是约500°C_约700°C和所述时间段小于约15小时。 实施例
[0096] 以下实施例说明了本发明的特征和优点,它们不以任何方式构成对本发明的限 制。
[0097] 如用重量百分比所列出,适于形成具有堇青石作为其主晶相的陶瓷体的无机粉末 批料混合物见表1。通过把无机组分结合在一起来形成发明性和比较性组合物,该无机组分 包括水合高岭,滑石,氧化硅,煅烧的氧化铝,和含水氧化铝。接下来,添加4重量% (基于100 重量%无机组分)粘合剂并混合进入组合物。接下来,添加10重量% (基于100重量%无机组 分)天然超级土豆淀粉(成孔剂)并混合进入组合物。接下来,添加1.0重量% (基于100重 量%无机组分)润滑剂并混合进入组合物。捏合所得混合物来获得粘土。
[0098] 把所得粘土成形为圆柱形状,然后使用挤出机成形为蜂窝形状。把所得蜂窝成形 的产品进行微波干燥,然后进行热空气干燥来获得干燥的蜂窝产品或生坯体。把生坯体切 割到预定的尺寸。
[0099] 然后,根据如下所述的各种烧制方案烧制生坯体。预热温度,低烧制温度和高烧制 温度都使用中间芯体(MC)热电偶来测量。
[0100] 表1
[0101]
[0103] 比较例A
[0104] 如上所述形成5个生坯体,并根据表2所示的方案进行烧制。以约12.16°C/小时的 升温速率把生坯体从室温加热到180°C的预热温度。然后,将生坯体在预热温度下保持约10 小时。在预热保持时间之后,生坯体的中间芯体(MC)和顶部表皮(TS)之间的温差为约23°C。 然后,把生坯体从180°C的预热温度加热到255°C的低烧制温度。这个第一平均升温速率的 平均升温速率是3.3°C/小时,如图3和4所示。氧浓度是12.2%。氧化铝脱水时中间芯体和顶 部表皮之间的温差是25.7°C。然后,以28.4°C/小时的第二平均升温速率把生坯体从255°C 的低烧制温度加热到700°C的高烧制温度。参考图5,低温度不足以完成氧化铝脱水。烧制时 烧制的生坯体的中间芯体温度落后于顶部表皮温度,结果,中间芯体和顶部表皮(505)之间 的温差是约85°C。升温速率范围也不能成功地去除有机材料(特别是从表皮部分),并导致 在体中的由粘土脱水反应(510)造成的过量的温差。结果,60%的烧制的生坯体具有断裂。
[0105] 比较例B
[0106] 如上所述形成23个生坯体,并根据表2所示的方案进行烧制。以32.7°C/小时的平 均预热升温速率把生坯体从室温加热到180°C的预热温度。在预热温度下没有保持时间,预 热之后的温差是-53.8°C。然后,把生坯体从180°C的预热温度加热到330°C的低烧制温度。 平均低烧制升温速率是5°C/小时,如图3和4所示。氧化铝脱水时中间芯体和顶部表皮之间 的温差是118.8°C。参考图6,缺少预热保持导致表皮部分(605)中有机物的过量燃烧,这导 致顶部表皮和中间芯体之间的温差是_53°C(605)。然后,以13.2°C/小时的第二平均升温速 率把生坯体从330°C的低烧制温度加热到700°C的高烧制温度,这包括把425°C下的升温速 率从9增加到20°C/小时。43%的烧制的生坯体具有断裂。
[0107] 比较例C
[0108] 如上所述形成5个生坯体,并根据表2和图3和4所示的方案进行烧制。使用类似于 实施例1的时间温度方案加热生坯体;但是,在第一升高温度时窑炉中的氧浓度下降到约 10.8%。如图7所示,这导致在粘土脱水之前不充分地从表皮部分去除有机物。中间芯体和 顶部表皮之间的预热温差是8.6°C(705),这低于实施例A的,部分是因为更低的氧浓度。 60%的烧制的生坯体具有断裂。
[0109] 比较例D
[0110] 如上所述形成17个生坯体,并根据表2所示的方案进行烧制。以约32.9°C/小时的 升温速率把生坯体从室温加热到180°C的预热温度。然后,将生坯体在预热温度下保持约 4.5小时。在预热保持时间之后,生坯体的中间芯体和顶部表皮之间的温差为约-34.8°C。然 后,把生坯体从180°C的预热温度加热到292°C的低烧制温度。这个第一升温范围的平均升 温速率是6.1°C/小时,如图4所示。在第一升高温度时,窑炉中的氧浓度下降到约10.5%。然 后,以30.7°C/小时的第二平均升温速率把生坯体从292°C的低烧制温度加热到700°C的高 烧制温度。参考图8,低温度不足以完成氧化铝脱水,且在氧化铝脱水时导致约-76.4°C的非 常高的温差(805)。94%的烧制的生坯体具有断裂。
[0111] 比较例E
[0112]如上所述形成38个生坯体,并根据表2所示的方案进行烧制。以约25.14°C/小时的 升温速率把生坯体从室温加热到180°C的预热温度。然后,将生坯体在预热温度下保持约6 小时。在预热保持时间之后,生坯体的中间芯体和顶部表皮之间的温差为约1°C。然后,把生 坯体从180°C的预热温度加热到约270°C的低烧制温度。燃烧表皮部分中的有机物时和氧化 铝脱水时的第一升温速率为约4.36°C/小时,如图3和4所示。氧化铝脱水时中间芯体和顶部 表皮之间的温差是-8.5°C。然后,以29.5°C/小时的第二平均升温速率把生坯体从270°C的 低烧制温度加热到700°C的高烧制温度,如图3和4所示。如图9所示,低温度不足以完成氧化 铝脱水(905),当烧制到高温度之后,导致较大温差。18%的生坯体具有断裂。
[0113] 比较例F
[0114] 如上所述形成5个生坯体,并根据表2所示的方案进行烧制。使用类似于实施例1的 时间温度方案,把生坯体加热到低烧制温度。在预热保持时间之后,生坯体的中间芯体和顶 部表皮之间的温差为约1°C,在氧化铝脱水时为约22.8°C。然后,以46.6°C/小时的第二平均 升温速率把生坯体从269°C的低烧制温度加热到700°C的高烧制温度(如图3和4所示),这包 括把升温速率从269°C的12.6°C/小时增加到279°C的30°C/小时以及300°C的50°C/小时。第 二平均升温速率高于实施例1,第二升高温度时的这种高升温速率导致粘土脱水之前不能 充分地去除芯体部分中的有机物。结果,参考图10,粘土脱水时的温差显著增加(1005)。 60%的烧制的生坯体具有断裂。
[0115] 表2
[0116]
[0118] 实施例1
[0119]
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